A ritkaföldfémek fenntartható bányászatának jövője
forrás: AZO MiningMik azok a ritkaföldfémek és hol találhatók?A ritkaföldfémek (REE-k) 17 fémes elemet tartalmaznak, amelyek a periódusos rendszerben 15 lantanidából állnak:LantánCériumPrazeodímiumNeodímiumProméciumSzamáriumEurópiumGadolíniumTerbiumDiszpróziumHolmiumErbiumTúliumItterbiumUtéciumSzkandiumIttriumLegtöbbjük nem olyan ritka, mint ahogy a csoport neve sugallja, de a 18. és 19. században nevezték el őket, összehasonlítva más, gyakoribb „föld” elemek, például a mész és a magnézia elemekkel.A cérium a leggyakoribb ritka földfém, és sokkal gyakoribb, mint a réz vagy az ólom.Geológiai szempontból azonban a ritka földfémek ritkán találhatók meg koncentrált lelőhelyeken, mivel például a széntelepek miatt gazdaságilag nehéz kitermelni őket.Ehelyett négy fő, ritka kőzettípusban találhatók meg; a karbonátitokban, amelyek karbonátban gazdag magmákból származó szokatlan magmás kőzetek, lúgos magmás környezetekben, ionelnyelő agyaglerakódásokban és monacit-xenotim hordozó placer lerakódásokban.Kína a ritkaföldfémek 95%-át bányászati, hogy kielégítse a high-tech életmód és a megújuló energia iránti keresletetAz 1990-es évek vége óta Kína uralja a ritka földfémek termelését, saját ionelnyelő agyaglelőhelyeit, az úgynevezett „dél-kínai agyagokat” felhasználva.Kína számára gazdaságos, mivel az agyaglerakódásokból gyenge savak felhasználásával egyszerűen kinyerhetők ritkaföldfémek.A ritkaföldfémeket mindenféle high-tech berendezéshez használják, beleértve a számítógépeket, DVD-lejátszókat, mobiltelefonokat, világítástechnikai eszközöket, optikai szálakat, kamerákat és hangszórókat, sőt még katonai felszereléseket is, például sugárhajtóműveket, rakétairányító rendszereket, műholdakat és rakétaelhárító rendszereket.A 2015-ös párizsi klímaegyezmény egyik célkitűzése a globális felmelegedés 2 ˚C, lehetőleg 1,5 ˚C alatti, iparosodás előtti szintre korlátozása. Ez megnövelte a megújuló energia és az elektromos autók iránti keresletet, amelyek működtetéséhez szintén ritkaföldfémek szükségesek.2010-ben Kína bejelentette, hogy csökkenti a ritkaföldfémek exportját, hogy kielégítse saját növekvő keresletét, de fenntartja domináns pozícióját a világ többi részének high-tech berendezések szállításában.Kína emellett erős gazdasági helyzetben van ahhoz, hogy ellenőrizze a megújuló energiákhoz, például napelemekhez, szél- és árapály-erőművekhez, valamint elektromos járművekhez szükséges ritkaföldfémek kínálatát.Foszfog műtrágya Ritkaföldfémek Leválasztási ProjektjeA foszfogipsz a műtrágyák mellékterméke, és természetesen előforduló radioaktív elemeket, például uránt és tóriumot tartalmaz. Emiatt korlátlan ideig tárolják, ami a talaj, a levegő és a víz szennyezésének kockázatával jár.Ezért a Penn State Egyetem kutatói egy többlépcsős megközelítést dolgoztak ki, amely mesterségesen létrehozott peptideket, rövid aminosav-láncokat használ, amelyek egy speciálisan kifejlesztett membrán segítségével pontosan azonosítják és elválasztják a ritkaföldfémeket.Mivel a hagyományos elválasztási módszerek nem elegendőek, a projekt új elválasztási technikák, anyagok és eljárások kidolgozását célozza.A tervezést számítógépes modellezés vezeti, amelyet Rachel Getman, a Clemson kémiai és biomolekuláris mérnöki tanszékének vezető kutatója és docense fejlesztett ki, Christine Duval és Julie Renner kutatókkal együtt, akik azokat a molekulákat fejlesztik, amelyek specifikus ritkaföldfémekhez kapcsolódnak.Greenlee megvizsgálja, hogyan viselkednek vízben, és felméri a környezeti hatásokat és a különböző gazdasági potenciálokat változó tervezési és üzemeltetési helyzetek mellett.Lauren Greenlee vegyészmérnöki professzor azt állítja, hogy: „ma becslések szerint 200 000 tonna ritkaföldfém van csapdába ejtve a feldolgozatlan foszforgipsz hulladékban csak Floridában.”A csapat megállapította, hogy a hagyományos kitermelés környezeti és gazdasági akadályokkal jár, mivel jelenleg kompozit anyagokból nyerik ki őket, ami fosszilis tüzelőanyagok elégetését igényli, és munkaigényes.Az új projekt a fenntartható módon történő hasznosításukra fog összpontosítani, és környezeti és gazdasági előnyökkel járva nagyobb léptékben is megvalósítható.Ha a projekt sikeres lesz, az csökkentheti az USA Kínától való függőségét a ritkaföldfémek szállítása terén.Nemzeti Tudományos Alapítvány projektfinanszírozásaA Penn State REE projektet egy négyéves, 571 658 dolláros, összesen 1,7 millió dolláros támogatás finanszírozza, és a Case Western Reserve Egyetemmel és a Clemson Egyetemmel együttműködve valósul meg.Alternatív módszerek a ritkaföldfémek kinyeréséreAz RRE kinyerését jellemzően kisléptékű műveletekkel végzik, általában kioldással és oldószeres extrakcióval.Bár egyszerű folyamat, a kioldás nagy mennyiségű veszélyes vegyi reagenst igényel, ezért kereskedelmi szempontból nemkívánatos.Az oldószeres extrakció hatékony technika, de nem túl hatékony, mivel munkaigényes és időigényes.A ritka földfémek kinyerésének egy másik gyakori módja az agrobányászat, más néven e-bányászat, amely elektronikus hulladékok, például régi számítógépek, telefonok és televíziók különböző országokból Kínába szállítását jelenti ritka földfémek kinyerése céljából.Az ENSZ Környezetvédelmi Programja szerint 2019-ben több mint 53 millió tonna elektronikai hulladék keletkezett, amelynek mintegy 57 milliárd dollár értékű nyersanyaga ritka földfémeket és fémeket tartalmazott.Bár gyakran emlegetik az anyagok újrahasznosításának fenntartható módszereként, számos olyan problémával kell szembenéznie, amelyeket még le kell küzdeni.A mezőgazdasági bányászat sok tárolóhelyet, újrahasznosító üzemeket, a ritka földfémek kinyerése utáni hulladéklerakót igényel, és szállítási költségekkel jár, ami fosszilis tüzelőanyagok elégetését teszi szükségessé.A Penn State University projektnek megvan a lehetősége arra, hogy leküzdje a hagyományos ritkaföldfém-visszanyerési módszerekkel kapcsolatos problémák egy részét, ha képes kielégíteni saját környezeti és gazdasági céljait.Közzététel ideje: 2022. július 4.
